PLA和PHB混合涂层在模拟体液中的降解行为

何 欣，朱 宇，黄晶晶，曹利萍

（重庆理工大学，重庆 400054）

PLA和PHB在人体内可无毒降解为CO2和H2O[1]，有良好的生物相容性[2]。但PLA疏水性较强，会降低生物相容性，且降解周期难控制[3]；PHB耐热性差、加工性能差[4]，限制了PHB与PLA在生物医学领域的应用。

PLA或PHB涂层的性能都有一定缺陷，本实验通过制备PHB/PLA混合溶液，获得PLA/PHB涂层；测试塔菲尔曲线和研究降解行为，对PHB/PLA涂层进行表征，为可降解高分子材料方面的研究提供新策略。

1 材料与实验步骤

1.1 实验仪器和试剂

实验仪器包括接触角测量仪、电化学工作站，试剂包括三氯甲烷、氯化镁、三水合磷酸氢二钾、碳酸氢钠、氯化钠、三羟甲基氨基甲烷、氯化钾、聚乳酸、聚β-羟基丁酸酯。

1.2 PHB/PLA样品和SBF的制备

分别配制1% PLA溶液和1% PHB溶液后混匀，配制成1% PLA/PHB溶液。将配制好的PLA/PHB溶液敷涂，制得PHB/PLA涂层。

称取0.228 g三水合磷酸氢二钾、7.996 g氯化钠、0.071 g硫酸钠、0.278 g氢化钙、0.350 g碳酸氢钠、0.224 g氯化钾、6.057 g三羟甲基氨基甲烷、0.305 g氯化镁于烧杯中，定容至1 L，调节pH为7.4，制得SBF。

1.3 涂层的表征

1.3.1 接触角的测量

设置水滴参数为2 μL并预运行后放置样品，将液体滴到待测平面上，进行接触角的测量，平行测定3次。根据计算出的数据，绘制图像并观察混合涂层的亲水性与疏水性。

1.3.2 电化学检测

用电化学工作站测试样品塔菲尔曲线，样品为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂为辅助电极。在模拟体液中检测，扫描电位为-1.5～0.6 V，扫描速率为0.01 V/s。

1.4 降解测试

在37 ℃恒温的模拟体液中，对样品进行降解测试。参考罗玲[5]的方法，对降解液中PHB溶液浓度进行分析，了解涂层的降解行为。

2 结果与讨论

2.1 亲疏水性分析

涂层的降解会改变涂层表面的亲水性和疏水性，随着降解时间的延长，滴落的水珠在涂层表面形成的圆形液饼高度逐渐降低、角度逐渐减小（见图1），表明试样由疏水性转为亲水性，产生降解行为。

图1 接触角变化曲线

2.2 涂层成分分析

含有PLA/PHB的试样在模拟体液中浸泡不同时间后，所测得的塔菲尔曲线如图2所示。腐蚀电压越正，耐腐蚀性越强。由图2可知，3 h时，涂层的腐蚀电压为-1.023 0 V，是所有样品中腐蚀电压最小的，表明此时涂层在模拟体液中发生严重腐蚀。在第3天时，腐蚀电压为-0.237 3 V，耐腐蚀能力最好，相对3 h时的样品，腐蚀电压正移，涂层的耐腐蚀能力得到提高。因此，涂层在模拟体液中的浸泡时间越长，涂层的耐腐蚀性就越强。

2.3 降解实验分析

浸泡不同时间的PLA/PHB混合涂层在模拟体液中pH的变化情况如图3所示。由图3可知，随着降解时间的延长，涂层中的PHB降解为CO2和H2O，使溶液的酸性提升、pH逐渐降低。

通过紫外检测PHB的质量，判断涂层的降解程度，溶液中PHB的浓度与其吸光度成正比。由图3可知，PHB的质量随降解时间的延长而降低。

图2 塔菲尔曲线

图3 PHB质量、pH与时间变化的关系曲线

3 结语

主要研究了PLA/PHB涂层在模拟体液中的降解行为。随着降解时间的延长，涂层的亲水性增强，耐腐蚀性增强。在降解过程中，溶液的pH降低，涂层中PHB的质量减少，说明其在模拟体液中的降解情况良好。PLA和PHB材料的应用前景广阔，但疏水性、生物降解速率和降解周期的控制是一大难题。